两种新疆地衣对铜毒害的响应差异及其机制研究

地衣是一种藻类和真菌共生的特殊植物,是监测环境污染的指示生物。最近的研究结果显示,中国树花和地卷两种地衣的铜耐性有明显的差异,中国树花对铜胁迫很敏感,而地卷植物对铜有一定的富集性。由于不同的重金属对植物的伤害机理不同， 植物对不同的重金属也有不同的防卫机制，不能用单一的耐性机理来解释所有植物对重金属的耐性或毒害。为了弄清这些地衣植物对铜胁迫响应的差异及其机理,从细胞及亚细胞水平，生理生化和分子水平等多层次研究铜胁迫对地衣植物结构的影响,生理生化特征的影响及光合作用的影响等,用差异蛋白质组学方法筛选与铜胁迫相关的叶绿体蛋白,地衣体蛋白，分析其功能，解释铜对地衣植物的毒害或耐性机制。该课题是探讨地衣铜抗性机制在国内的首次尝试，有助于深入了解地衣铜抗性与高等植物,藻类,真菌的差异,更为重要的是，进一步在基因水平上研究地衣铜胁迫相关蛋白和与其相关候选基因的研究中提供重要的科学依据。

从细胞，亚细胞及蛋白质水平研究了两种地衣对铜离子胁迫的响应差异及其机制。用光镜和电镜技术，研究了不同浓度CuSO4（0、1、2、3、4 mmol/L）处理24hrs对两种地衣：中国树花和地卷细胞结构的影响，发现低浓度Cu2+（〈1mmol/L）对中国树花细胞结构基本无影响，细胞壁，细胞膜及细胞器完整，随着Cu2+处理浓度的增大(〉2mmol/L）共生藻的细胞膜和细胞器出现不同程度的损伤，浓度越高，细胞受损程度越大，中国树花共生藻Cu2+耐受在 1mmol/L～2mmol/L 之间。Cu2+胁迫对地卷共生藻细胞结构无明显的影响，细胞完整且大多数细胞处于分裂状态，对Cu2+胁迫具有一定的耐性。TUNEL法用于Cu2+胁迫下中国树花共生藻细胞凋亡的研究，结果显示较低浓度的Cu2+ (2mmol/L )胁迫对地衣共生藻细胞的毒害作用可诱导细胞凋亡，而较高浓度的Cu2+ (4mmol/L )胁迫对地衣共生藻产生较严重的毒害导致大部分细胞的坏死。Cu2＋对两种地衣生理生化特征的影响，可知随胁迫的加剧，地卷可溶性糖、蛋白质及叶绿素含量等呈现逐步升高趋势，而脯氨酸、过氧化物酶、超氧化物歧酶和CAT活性呈先上升后下降的变化趋势, Cu2+ 2mmol.L-1时这些参数达最高值后逐步下降，胁迫的加剧也会导致地卷电导率明显的变化，地卷内地衣型真菌和共生藻对铜离子胁迫的响应存在差异，真菌作为地衣体的主体以激活抗氧化酶活性，提高渗透调节物质含量以及引起K+外流等方式响应低浓度Cu2+ （1-2mmol.L-1）胁迫，其对Cu2 +胁迫耐受性的阈值在2mmol.L-1-3mmol.L-1之间，在该耐受阈值内真菌通过改变其周围的微环境等方式，对共生藻提供保护。最高胁迫浓度即4 mmol.L-1Cu2+下地卷共生藻细胞的高活率及不断增加的叶绿素含量可证明地衣型真菌对共生藻的保护作用。另外Cu2+胁迫下两种地衣处理12,24和36hrs后对差异表达蛋白质进行研究，几百个差异表达蛋白质中选取40 个差异点进行质谱分析，只有13个得到了MALTI-TOF/MS鉴定结果，而且其中所含较高比例的假设性蛋白，可见地衣铜胁迫相关研究尚处于初步研究阶段，此领域的研究内容有待于进一步深入，提供更多更有价值的参考资料，有助于加深人们对地衣生物抗铜分子机理的认识。